2.2.2杂化轨道 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第二节 分子的立体结构 （第二课时） 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz H原子轨道： 1s 碳（C）外层电子结构： 思考： 价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个C-H的键长、键能相同及H-C-H的键角为10928′。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。 这是为什么呢？ 鲍林在价键理论基础上提出了“杂化”假设，补充了价键理论的不足。 sp3 CH4分子（sp3杂化） 三、杂化轨道理论 在形成CH4分子时，由于碳原子的一个2s电子可被激发到2p空轨道，一个2s轨道和三个2p轨道杂化形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键，形成CH4分子，所以四个C-H键是等同的。 1、基本要点：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。 （一）、杂化轨道 2、特点：杂化前后轨道数目不变 杂化后的轨道能量相同，形状相同 （电子云一头大，一头小） 主族元素的ns、np轨道，过渡元素ns、np、（n-1）d轨道 同一个原子的1个 ns 轨道与3个 np 轨道进行杂化组合为 4个sp3 杂化轨道 (含1/4原s轨道成份和3/4原p轨道成份)。 sp3 杂化轨道间的夹角是 ：10928’， 杂化轨道空间构型：正四面体形。 （二）杂化类型 1、sp3 杂化 C2H4(sp2杂化） （二）杂化类型 2、sp2 杂化 平面正三角形 120  同一原子中 s轨道与 p轨道杂化形成 sp2杂化轨道。 sp2 杂化轨道间的夹角是： 杂化轨道空间构型： 1个 2个 3个 + 例：5B 2p 2p 2s Sp2 sp2杂化 BF3 （二）杂化类型 3、sp杂化： 同一原子中 s轨道与 p轨道杂化形成 sp杂化轨道。 sp杂化轨道夹角为： 杂化轨道空间构型： 直线形 180° 1个 1个 2个 2S 6C sp杂化 2P sp p p sp杂化 例： 4Be 2p 2p 2s 两个SP杂化轨道 BeCl2 4.sp3d杂化：由中心原子的一个 s 轨道、三个 p 轨道和一个d轨道杂化组合成五个新的 sp3d 杂化轨道。 杂化轨道夹角：90°、 120° 杂化轨道空间构型：三角双锥 如：PCl5中的磷原子 5.sp3d2杂化：由中心原子的一个 s 轨道、三个 p 轨道和两个d轨道杂化组合成六个新的 sp3d2 杂化轨道。 杂化轨道夹角：90° 杂化轨道空间构型：正八面体 2、杂化轨道的类型 如：SF6中的硫原子 杂化类型 参加杂化的轨道 杂化轨道数 分子空间构型 实 例 价层电子对数 s+p s+(2)p s+(3)p 2 4 3 四面体 2 3 4 sp sp2 sp3 小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型 杂化轨道间的夹角 直线形 平面三角形 三角锥 V型 109.5° ' 3、杂化轨道类型与分子构型的判断 ⑵杂化轨道类型与分子构型的判断 ⑴计算中心原子价电子对 ★杂化轨道数 中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 =价电子对数 结合上述信息完成下表： 杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未成键孤对电子 0+2=2 SP 直线形 0 平面三角形 0+3=3 SP2 0 0+4=4 SP3 正四面体形 0 平面形 0+3=3 SP2 0 0 0+2=2 SP 直线形 1+3=4 SP3 三角锥形 1 V形 2+2=4 SP3 2 化学式 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构 CO2 CH2O CH4 C2H4 中心原子孤对电子对数 C2H2 NH3 H2O ★杂化轨道数 中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 =中心原子的价电子对数 含C元素的化合物通过看中心原子C有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。 规律：如果有1个三键或两个双键，则其中有2个π键，用去2个P轨道，形成的是SP杂化； 如：CO2 C2H2 HCN 如果有1个双键和2个单键则其中必有1个π键，用去1个P轨道，形成的是SP2杂化； 如：C2H4 CH2O 如果有4个单键，则形成SP3杂化。 如: CH4 C2H6 试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况 交流讨论 C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。 C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。 练习： 用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。 （1）CO2 （2）H2O （3）HCHO （4）HCN （5）SO3 练习： 1.下列分子中中心原子的杂化轨道类型与其他三个都不一样 的是（ ） A.HCN B.CO2 C.BeCl2 D.PCl3 2、用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构， 下列说法不正确的是（ ） A、C原子的四个杂化轨道的能量一样 B、C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样 C、C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道 D、C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据 D D 3、根据杂化轨道理论，请预测下列分子或离子 的几何构型：CO2 、 CO32- 、H2S、 PH3 4、乙炔分子中4个原子位于一条直线上，对其结构分子如下： （1）分子中的两个碳原子都发生了 杂化，所得杂化轨道在空间位置的关系是 ； （2）除了杂化轨道外，碳原子还有 个未参与杂化的P轨道，它们与杂化轨道在空间位置的关系是 ； （3）碳原子通过 轨道分别与氢原子和另一个碳原子形成 键，两个碳原子间通过未参与杂化的P轨道形成 个 键； 练习： SP 直线形 2 互相垂直 2个SP σ 2  $$